專利名稱：半導(dǎo)體器件和半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種具有金屬區(qū)域的半導(dǎo)體器件，以及制造這種半導(dǎo)體器件的方法。
但是，因為已經(jīng)實現(xiàn)了器件元件的小型化，所以電遷移(下文中稱為“EM”)甚至對于由銅制成的導(dǎo)線也變成了一個問題。銅線通常由通過電鍍等等方法形成的銅膜構(gòu)成。在這種情況下，形成的銅線模具有聚集銅晶粒的多晶結(jié)構(gòu)。如果將電壓施加到具有這種結(jié)構(gòu)的銅線上，則質(zhì)量遷移會通過銅晶粒的晶粒邊界發(fā)生。結(jié)果，發(fā)生EM。
在小寬度的導(dǎo)線中，銅晶粒的尺寸變小。因此，來自通過上述晶粒邊界發(fā)生的質(zhì)量遷移的EM問題非常顯著?，F(xiàn)在已經(jīng)著手了幾項這樣的調(diào)查研究，即通過在導(dǎo)線中將銀和銅混合來設(shè)法解決EM問題。
日本專利11-204524A中公開了由含銀、鈮或氧化鋁的銅合金制成的導(dǎo)線。對于這種方法，例如，導(dǎo)線中的銀的數(shù)量按質(zhì)量計算最好等于或小于1％，且鈮的數(shù)量按質(zhì)量計算最好等于或小于0.4％。如果銀或鈮的數(shù)量等于或大于上述數(shù)量，則合金相(alloy phase)會以銀或鈮作為其主要成分在導(dǎo)線內(nèi)局部地沉淀。這種相(phsae)會導(dǎo)致導(dǎo)線的導(dǎo)電率中的不希望有的差異。
日本專利JP2000-349085A公開了由含銀(Ag)、砷(As)、鉍(Bi)、磷(P)、銻(Sb)、硅(Si)或鈦(Ti)的銅合金制成的導(dǎo)線。在此專利中，導(dǎo)線中的Ag、As、Bi、P、Sb、Si或Ti的數(shù)量按質(zhì)量計算等于或大于0.1％，并小于上述元素的最大固溶度極限。據(jù)估計，如果添加到銅的銀的數(shù)量等于或大于最大固溶度極限，則一部分銀沒有形成合金，而是沉淀出來。因此，得到的導(dǎo)電率會被降低。
近來，銅導(dǎo)線中應(yīng)力遷移的產(chǎn)生成為了一個問題。

圖11(a)和11(b)是通過鑲嵌方法形成的多層銅導(dǎo)線的橫截面圖。在這種結(jié)構(gòu)中，頂層導(dǎo)線121b被連接到低層導(dǎo)線121a的頂部。頂層導(dǎo)線121b包括連接插頭和形成在頂層導(dǎo)線121b頂部上的導(dǎo)線。
由于這種多層銅導(dǎo)線中的銅的應(yīng)力遷移，在低層導(dǎo)線121a和頂層導(dǎo)線121b之間的接口處會產(chǎn)生空隙(void)122a(圖11(a)中所示)或空隙122b(圖11(b)中所示)。上述空隙會導(dǎo)致導(dǎo)線之間的連接失敗，降低半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量。此外，這種半導(dǎo)體器件在長期使用中會變得不穩(wěn)定。
空隙122a會在頂層導(dǎo)線121b側(cè)面中產(chǎn)生，如圖11(a)所示。也就是說，空隙122a在構(gòu)成頂層導(dǎo)線121的連接插頭的一部分中產(chǎn)生?？梢哉J(rèn)為，這種空隙122a是由于頂層導(dǎo)線121b中的銅“收縮”而產(chǎn)生的，導(dǎo)致銅在連接插頭中向上遷移。在高溫?zé)崽幚硌h(huán)中這種空隙122a會非常顯著地產(chǎn)生。
另一方面，空隙122b在圖11(b)中的低層導(dǎo)線121a的上表面內(nèi)產(chǎn)生。這種空隙122b被認(rèn)為是由于銅擴(kuò)散所造成的缺陷的積累產(chǎn)生，該銅擴(kuò)散發(fā)生在低層導(dǎo)線121a接觸頂層導(dǎo)線121b的連接插頭部分的表面處。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上述這種空穴(即空隙)現(xiàn)象會在大約150℃周圍顯著地發(fā)生。不幸的是，這中溫度是半導(dǎo)體器件通常經(jīng)歷的溫度(例如在焊接過程、光致抗蝕劑焙烘過程或類似過程期間)。
上述這種空隙122a和122b的產(chǎn)生是連接插頭和導(dǎo)線之間連接失敗的原因。這樣會導(dǎo)致這種半導(dǎo)體器件的產(chǎn)量減小，或者導(dǎo)致這種半導(dǎo)體器件操作中的長期不穩(wěn)定性。
如上所述，空隙122a和122b是由于內(nèi)應(yīng)力引起，該內(nèi)應(yīng)力是由于半導(dǎo)體加工等所施加的熱循環(huán)而產(chǎn)生在銅導(dǎo)線中。因此，在半導(dǎo)體器件中除了提高產(chǎn)量和減小不穩(wěn)定性以外，防止空隙是應(yīng)力減低的其他有利條件。具體地說，防止類似122a之類的空隙對抑制整個導(dǎo)線的變形很有效。此外，防止類似122b之類的空隙能夠增強(qiáng)導(dǎo)線表面的材料強(qiáng)度。
從上述內(nèi)容可以理解，必須考慮在形成金屬區(qū)域例如導(dǎo)線過程中所使用的材料以及加工步驟，以抑制這種類型的應(yīng)力遷移和相應(yīng)有害效應(yīng)的產(chǎn)生。
另外，最近幾年中，存在對半導(dǎo)體器件的元件操作中的較高級別特征的需求。因此，需要對材料進(jìn)行研發(fā)，例如用于具有超過常規(guī)銅導(dǎo)線的高速操作特征的導(dǎo)線的材料。
根據(jù)上述內(nèi)容，期望獲得一種具有金屬區(qū)域的半導(dǎo)體器件，與上述常規(guī)方法比較，該器件具有增強(qiáng)的抗應(yīng)力遷移性能，和/或增強(qiáng)的可靠性。另外，期望提供一種以穩(wěn)定方式制造這種半導(dǎo)體器件的方法。
在這種布置中，銅和所述其他金屬元素在不同元素部分中熔合，從而增強(qiáng)金屬區(qū)域在該位置處的強(qiáng)度。因此金屬區(qū)域的表面被保護(hù)，并且金屬區(qū)域的應(yīng)力遷移被減小。所述不同金屬元素至少之一的可能例子包括鈹(Be)、鎂(Mg)、鋅(Zn)、鈀(Pd)、銀(Ag)、鎘(Cd)、金(Au)、汞(Hg)、鉑(Pt)、硅(Si)、鋯(Zr)、鋁(Al)、鈦(Ti)等等。上述其他金屬元素可以被單獨地包含在不同元素部分中，或者兩種或多種上述不同元素被包含在不同元素部分中。
應(yīng)注意，如果Be、Mg、Zn、Pd、Ag、Cd、Au或Hg被用作所述的至少一種其他金屬元素，則可以抑制金屬區(qū)域中電阻增加的速率。此外，可以在金屬區(qū)域和絕緣膜之間增加添加劑以用于Zr、Al或Ti被包括作為所述其他金屬元素之一的情況。
形成金屬區(qū)域以使得一種或多種其他金屬元素可以從上部表面?zhèn)让鏀U(kuò)散，并且其他類型金屬元素的含量比數(shù)可以沿向著金屬區(qū)域底部的方向減少。與某些均勻擴(kuò)散的情況比較，這樣可以增強(qiáng)上部表面?zhèn)让娴膹?qiáng)度，并且可以降低整個金屬區(qū)域電阻增加的速率。此外，所述至少一種其他類型的金屬元素具有在金屬區(qū)域表面內(nèi)呈不均衡分布的趨勢，從而在金屬區(qū)域上部附近中形成一個不同元素部分。
根據(jù)實施例的一個方面，不同類型的金屬元素至少之一比銅更不易發(fā)生電化學(xué)作用。
在電化學(xué)方面比銅更不易起化學(xué)作用的金屬元素的一些例子包括Ag、Au、Hg、鉑(Pt)和Pd。通過使用比銅更不易發(fā)生電化學(xué)作用的元素，所述不同類型的金屬元素至少之一可以根據(jù)置換電鍍方法沉淀進(jìn)金屬區(qū)域的表面中。這是一種能夠保護(hù)金屬區(qū)域的特殊的方法，在所述方法中不同元素部分被形成，并且能夠抑制金屬區(qū)域中的電阻不希望有的增加。
根據(jù)實施例的一個特殊方面，所述不同金屬元素至少之一是銀。
根據(jù)實施例的另一個方面，連接插頭在接觸所述不同元素部分的上表面形成。在這種布置中，具有連接插頭的接口可以用所述不同元素部分保護(hù)，并且可以增強(qiáng)金屬區(qū)域中的抗應(yīng)力遷移能力。
根據(jù)實施例的另一個方面，相對于構(gòu)成不同元素部分的所有金屬，所述不同金屬元素至少之一的量超過所述不同金屬元素至少之一在銅中的固溶度極限。在這種形成的結(jié)構(gòu)中，所述不同元素部分可以被有效地加強(qiáng)，并且可以增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。
本發(fā)明還包括一種半導(dǎo)體器件，其具有一個半導(dǎo)體襯底；一個形成在半導(dǎo)體襯底上的第一金屬區(qū)域；和一個覆蓋第一金屬區(qū)域上表面至少一部分的第二金屬區(qū)域。第二金屬區(qū)域由從下面組中選擇的金屬構(gòu)成，該組包括其再結(jié)晶溫度比構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬的再結(jié)晶溫度高的金屬，以及其磁滯寬度(hysteresis width)比構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬的磁滯寬度窄的金屬。
可以通過增大金屬區(qū)域的再結(jié)晶溫度來減小磁滯寬度。再結(jié)晶溫度是由于原子擴(kuò)散而產(chǎn)生晶粒變形和晶粒生長的溫度。如圖14所示，再結(jié)晶溫度是加熱過程中溫度-內(nèi)應(yīng)力曲線的拐點。也就是說(在圖14中)，是傾斜線和基本上沿著加熱溫度曲線的水平線的交點。具體地說，如果再結(jié)晶溫度T1增大，傾斜線的斜度更平緩，并且曲線相應(yīng)于水平線的部分(即曲線的水平平穩(wěn)段)減小。因此，通過比較圖13(a)和13(b)所示，溫度-內(nèi)應(yīng)力曲線變小，并且磁滯寬度變小。也就是說，通過將加工溫度的最大值(即圖12、13(a)、13(b)中磁滯曲線的右端點)和再結(jié)晶溫度T1之間差值變小，可以使金屬區(qū)域在經(jīng)歷熱過程時的不可逆損耗減少。這樣，可以有效地抑制應(yīng)力遷移。
此外，高再結(jié)晶溫度是獲得具有高度可靠性的金屬區(qū)域的重要特征，因為如果發(fā)生再結(jié)晶，會在金屬區(qū)域中產(chǎn)生空隙并且發(fā)生變形。
根據(jù)類似上述布置的結(jié)構(gòu)，第一金屬區(qū)域上表面的一部分可以用第二金屬區(qū)域覆蓋。這樣可以保護(hù)第一金屬區(qū)域。
第一金屬區(qū)域可以通過諸如電鍍、化學(xué)汽相沉積(CVD)、或濺射之類的方法形成。即使在第一金屬區(qū)域上表面中存在邊界，所述表面也可以被保護(hù)，因而可以抑制應(yīng)力遷移。此外，對于由第二金屬區(qū)域覆蓋的第一金屬區(qū)域上表面的一部分，可以通過第二金屬區(qū)域抑制構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬的置換，第二金屬區(qū)域可以較高地抵抗應(yīng)力遷移。這樣可以減小第一金屬區(qū)域的應(yīng)力遷移。
在一種特殊布置中，可以通過使形成第二金屬區(qū)域的金屬的再結(jié)晶溫度高于200℃而有效地減小磁滯，優(yōu)選地等于或大于300℃。在這種布置中，可以穩(wěn)定地減少應(yīng)力遷移的產(chǎn)生。此外，半導(dǎo)體器件的加工溫度通常等于或小于400℃。因此，如果再結(jié)晶溫度設(shè)置為等于或高于350℃，則可以更有效地抑制加工期間的應(yīng)力遷移。
根據(jù)實施例的另一個方面，第一金屬區(qū)域包含一種主要成分金屬元素，而第二金屬區(qū)域是不同于第一金屬區(qū)域的合金，并且包含所述主要成分金屬元素和一種不同的金屬元素。
在一種非常特殊的方法中，第一金屬區(qū)域包含作為主要成分金屬元素的銅。不同的金屬元素可以從下面的組中選擇，該組包括Be、Mg、Zn、Pd、Ag、Cd、Au、Pt、Si、Zr、Al和Ti。此外，第二金屬區(qū)域是一種或多種上述元素和銅的合金。在這種結(jié)構(gòu)中，可以增大構(gòu)成第二金屬區(qū)域的金屬的再結(jié)晶溫度。
構(gòu)成第二金屬區(qū)域的金屬的磁滯寬度優(yōu)選地設(shè)置為等于或小于150兆帕斯卡(MPa)，最好是等于或小于100Mpa。在這種結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力遷移可以被穩(wěn)定地抑制。另外，對于0.1微米數(shù)量級的非常精密的導(dǎo)線，如果磁滯寬度設(shè)定為80Mpa，則可以有效地抑制應(yīng)力遷移的產(chǎn)生。
還有，構(gòu)成第二金屬區(qū)域的金屬的彈性極限最好高于構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬的彈性極限。在這種布置中，第一金屬區(qū)域可以通過第二金屬區(qū)域有效地保護(hù)。
根據(jù)實施例的一個方面，連接插頭通過第二金屬區(qū)域電連接到第一金屬區(qū)域。這種布置能夠保護(hù)連接插頭和第一金屬區(qū)域之間的接口。這樣能夠增強(qiáng)應(yīng)力遷移的抵抗力。
根據(jù)實施例的另一個方面，第二金屬區(qū)域包含一種在電化學(xué)方面比構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬更不易起化學(xué)作用的金屬。也就是說，第二金屬區(qū)域包含這樣一種金屬，該金屬的離子化趨勢比構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬的離子化趨勢低。通過使用這種一種更不易起電化學(xué)作用的金屬，這種金屬能夠在置換電鍍方法中更均勻地沉淀在第一金屬區(qū)域的表面上。因此可以增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。
根據(jù)實施例的另一個方面，第一金屬區(qū)域包含一種主要成分金屬。第二金屬區(qū)域包含一種在其中擴(kuò)散的不同于所述主要成分金屬的不同金屬元素。這種布置導(dǎo)致第二金屬區(qū)域是構(gòu)成第一金屬區(qū)域的金屬和所述不同金屬元素的合金。
根據(jù)實施例的另一個方面，第一金屬區(qū)域還包含相對于第一金屬區(qū)域其他元素的在第一數(shù)量比(amount ratio)的不同金屬元素。第二金屬區(qū)域包括相對于第二金屬區(qū)域其他元素的第二數(shù)量比的不同金屬元素。對于所述不同金屬元素，所述第一數(shù)量比小于所述第二數(shù)量比。
在一種特殊方法中，第二金屬區(qū)域被形成以便任何因而形成的結(jié)構(gòu)的電阻幾乎沒有增加。例如，所述不同金屬元素相對于所有其他金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算等于或小于0.1％的區(qū)域是第一金屬區(qū)域。所述不同金屬元素相對于所有其他金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算大于0.1％的區(qū)域是第二金屬區(qū)域。因此可以通過第一金屬區(qū)域確保限制電阻的任何增加，同時通過第二金屬區(qū)域減小應(yīng)力遷移。
根據(jù)實施例的另一個方面，第二金屬區(qū)域中的不同金屬元素相對于第二金屬區(qū)域其他金屬的數(shù)量比超過所述不同金屬元素在主要成分金屬元素中的固溶度極限。對于根據(jù)上述內(nèi)容的結(jié)構(gòu)，可以有效地增強(qiáng)第二金屬區(qū)域的強(qiáng)度，并且可以增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。
根據(jù)實施例的另一個方面，所述不同金屬元素是銀。
根據(jù)實施例的另一個方面，所述主要成分金屬元素是銅。
本發(fā)明還包括一種半導(dǎo)體器件，其具有一個半導(dǎo)體襯底；一個形成在包括含銅金屬的半導(dǎo)體襯底上的第一金屬區(qū)域；和一個覆蓋第一金屬區(qū)域上表面至少一部分的第二金屬區(qū)域。第二金屬區(qū)域由與第一金屬區(qū)域的金屬不同的金屬構(gòu)成，并且是銅和銀的合金。
本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果半導(dǎo)體器件中的金屬區(qū)域由含銀的銅合金構(gòu)成，則在半導(dǎo)體制造過程中經(jīng)歷熱過程時的不可逆損耗等等小于僅由銅構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的不可逆損耗，并且應(yīng)力遷移被有效地抑制。此外，發(fā)明者還發(fā)現(xiàn)，銀相對于整個銅合金的高含量比能夠有效地抑制應(yīng)力遷移。
另外，通過以銅作為主要成分金屬形成第一金屬區(qū)域，并且使用由含銀的銅合金形成的第二金屬區(qū)域在第一金屬區(qū)域上部中提供保護(hù)，第一金屬區(qū)域和第二金屬區(qū)域的應(yīng)力遷移被抑制。此外，如果相對于構(gòu)成第二金屬區(qū)域的所有其他金屬增加銀的含量，能夠非常有效地抑制應(yīng)力遷移。
作為一個非常特殊的例子，相對于所有其他金屬的銀的數(shù)量按質(zhì)量計算等于或小于1％的區(qū)域是第一金屬區(qū)域。相對于所有其他金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算大于1％的區(qū)域的銀被制成第二金屬區(qū)域。在這種布置中，即使銀相對于所有其他金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算等于或小于1％，則電阻基本上沒有增加，即使將銀添加到銅中。因此，可以通過第一金屬區(qū)域確保限制電阻的任何增加，同時通過第二金屬區(qū)域減少應(yīng)力遷移。
根據(jù)實施例的一個方面，第一金屬區(qū)域由含銅和銀的合金的金屬構(gòu)成，并且銀的量是相對于第一金屬區(qū)域其他元素的第一比率。在第二金屬區(qū)域中的銀相對于第一金屬區(qū)域所有其他元素的數(shù)量是第二比率。對于銀的量，所述第一比率小于所述第二比率。在這種布置中，第一金屬區(qū)域通過第二金屬區(qū)域保護(hù)，同時在形成的結(jié)構(gòu)中應(yīng)力遷移被有效地抑制。
根據(jù)實施例的另一個方面，連接插頭通過第二金屬區(qū)域電連接到第一金屬區(qū)域。
根據(jù)實施例的另一個方面，第一金屬區(qū)域和第二金屬區(qū)域共同形成從下面組中選擇的結(jié)構(gòu)，該組包括一種導(dǎo)線、一個插頭，和一種面板。
應(yīng)該注意，根據(jù)本發(fā)明，第一金屬區(qū)域和/或第二金屬區(qū)域包含其他材料。但是除特殊的例子外，按質(zhì)量計算等于或小于1％的Zr、銦(In)、Al、Ti和錫(Sn)可以被添加到金屬中。通過包含這種金屬，可以在所述金屬區(qū)域和其他諸如絕緣膜、阻擋金屬膜等等之類的薄膜之間增加附著力。
本發(fā)明還包括一種制造半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括在包含一種主要成分金屬元素的半導(dǎo)體襯底上形成金屬膜；和沉積不同于所述主要成分金屬元素的金屬元素以覆蓋所述金屬膜上表面的至少一部分。所述方法還包括將所述不同金屬元素擴(kuò)散進(jìn)所述金屬膜的上部中。
根據(jù)實施例的一個方面，沉積所述不同金屬元素的步驟包括使一種包含所述不同金屬元素的溶液接觸所述金屬膜。另外，所述不同金屬元素在電化學(xué)方面比所述主要成分金屬元素更不易起化學(xué)作用。
根據(jù)實施例的另一個方面，將所述不同金屬元素擴(kuò)散進(jìn)所述金屬膜上部中的步驟包括熱處理所述金屬膜。這個熱處理能夠增大金屬膜的晶粒直徑，從而減小產(chǎn)生的電阻值。此外，所述不同金屬元素可以在主要成分金屬元素和不同金屬元素之間的接口處的金屬膜的金屬內(nèi)更均勻地分散，并且能發(fā)生沉淀加強(qiáng)。
根據(jù)實施例的另一個方面，沉積所述不同金屬元素的步驟包括通過置換電鍍方法沉積。置換電鍍方法能夠在保持膜厚的同時用所述不同金屬元素置換所述金屬膜上部。因此，可以根據(jù)原始厚度形成膜，并且能維持表面平直度。
根據(jù)實施例的另一個方面，一種主要成分金屬元素是銅，而一種不同的金屬元素能是銀。
雖然已經(jīng)根據(jù)上述特殊實施例特征對本發(fā)明作了描述，但是上述特征還可以應(yīng)用于各種特殊結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)應(yīng)用于根據(jù)鑲嵌方法制造的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明具有顯著的有利效果。更具體地說，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二金屬區(qū)域可以通過單層鑲嵌方法或雙層鑲嵌方法形成。
下面描述形成上述結(jié)構(gòu)的特定方法。單層鑲嵌方法包括下列步驟(a)從半導(dǎo)體襯底上的第一金屬膜形成第一導(dǎo)線；(b)在第一導(dǎo)線的表面上形成第二金屬膜；(c)在半導(dǎo)體襯底上部的整體上形成第一層間絕緣膜以覆蓋第一導(dǎo)線；(d)選擇性地消除第一層間絕緣膜以形成到達(dá)第一導(dǎo)線上表面的連接孔；(e)用阻擋金屬膜覆蓋連接孔的內(nèi)表面和形成嵌入連接孔的金屬膜；(f)消除連接孔外部的金屬膜以形成插頭；(g)在半導(dǎo)體襯底上部的整體上形成第二層間絕緣膜以覆蓋插頭；(h)通過選擇性地消除第二層間絕緣膜以在底表面形成暴露插頭的導(dǎo)線凹槽；(i)形成覆蓋導(dǎo)線凹槽內(nèi)表面的阻擋金屬膜，和形成嵌入導(dǎo)線凹槽的第一金屬膜；(j)通過消除第一金屬膜形成在凹槽外部的部分形成第二導(dǎo)線；和(k)在第二導(dǎo)線的表面上形成第二金屬膜。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件、以及制造半導(dǎo)體器件的方法可以應(yīng)用于上述過程。第一金屬膜的全部或一部分和連接插頭能對應(yīng)于本發(fā)明的“第一金屬區(qū)域”。第二金屬膜的任何一部分能對應(yīng)于本發(fā)明的“第二金屬區(qū)域”。當(dāng)然，根據(jù)使用的特定過程，可以省略步驟(a)至(k)的一個或多個。
雙層鑲嵌方法包括下列步驟(a)從半導(dǎo)體襯底上的第一金屬膜形成第一導(dǎo)線；(b)在第一導(dǎo)線的表面上形成第二金屬膜；(c)在半導(dǎo)體襯底上部的整體上形成第一層間絕緣膜以覆蓋第一導(dǎo)線；(d)選擇性地消除第一層間絕緣膜，以形成到達(dá)第一導(dǎo)線上表面的連接孔，和形成連接到連接孔的導(dǎo)線凹槽；(e)用阻擋金屬膜覆蓋連接孔和導(dǎo)線凹槽的內(nèi)表面和從嵌入連接孔和導(dǎo)線凹槽的第一金屬膜形成金屬膜；(f)通過消除形成在導(dǎo)線凹槽外部的金屬膜部分形成第二導(dǎo)線；以及(g)從第二導(dǎo)線表面上的第二金屬膜形成金屬膜。
根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，以及制造半導(dǎo)體器件的方法可以應(yīng)用于上述過程。第一金屬膜的全部或一部分可對應(yīng)于本發(fā)明的“第一金屬區(qū)域”。第二金屬膜的任何一部分可對應(yīng)于本發(fā)明的“第二金屬區(qū)域”。當(dāng)然，根據(jù)使用的特定過程，可以省略步驟(a)至(g)的一個或多個。
如上所述，通過鑲嵌過程形成的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)包括一個半導(dǎo)體襯底；一個形成在半導(dǎo)體襯底上的第一導(dǎo)線；一個形成在第一導(dǎo)線表面上的第一金屬保護(hù)膜；一個連接到第一導(dǎo)線的連接插頭；一個連接到連接插頭的第二導(dǎo)線；和一個形成在第二導(dǎo)線表面上的第二金屬保護(hù)膜。
本發(fā)明可以被應(yīng)用于上述結(jié)構(gòu)。第一金屬膜的全部或一部分或連接插頭可對應(yīng)于本發(fā)明的“第一金屬區(qū)域”。第二金屬膜的任何一部分可對應(yīng)于本發(fā)明的“第二金屬區(qū)域”或“不同元素部分”。
圖2(a)至圖2(c)是示出圖1(a)中所示半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的制造方法的橫截面圖。
圖3(a)至圖3(d)是示出圖1(b)中所示半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的制造方法的橫截面圖。
圖4(a)至圖4(d)是示出根據(jù)另一實施例的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的制造方法的橫截面圖。
圖5是示出測量轉(zhuǎn)接電路電阻(via chain resistance)的原理的圖。
圖6是示出用于一個例子的磁滯曲線測量結(jié)果的圖表。
圖7是示出另一個例子的磁滯曲線測量結(jié)果的圖表。
圖8是示出另一個例子的磁滯曲線測量結(jié)果的圖表。
圖9是示出另一個例子的磁滯曲線測量結(jié)果的圖表。
圖10是示出另一個例子的磁滯曲線測量結(jié)果的圖表。
圖11(a)和圖11(b)是示出由于應(yīng)力遷移而產(chǎn)生空隙的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的橫截面圖。
圖12是示出溫度與金屬區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力之間關(guān)系的例子的圖表。
圖13(a)和圖13(b)是示出溫度與金屬區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力之間關(guān)系的例子的圖表。
圖14是示出再結(jié)晶溫度以及溫度與內(nèi)應(yīng)力之間的關(guān)系的圖。
圖15是二元Ag-Cu化合物的共晶相位圖。
圖12和圖13是示出半導(dǎo)體器件的金屬區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力變化的圖。該變化由加熱和冷卻過程引起。圖形的水平軸表示溫度，而縱軸表示應(yīng)力。隨著溫度相對于室溫增加，金屬區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力從張力模式變化到壓力模式。
如果超過形成金屬區(qū)域的金屬的再結(jié)晶溫度T1，則產(chǎn)生塑性變形，如圖12所示，并且內(nèi)應(yīng)力轉(zhuǎn)變同時顯示一個相對恒定的值(過程a)。隨后，隨著溫度的下降，金屬區(qū)域內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力以相對恒定的速率從壓力模式變化到張力模式(過程b)。
當(dāng)將熱過程應(yīng)用于半導(dǎo)體器件時，溫度和金屬區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力之間的關(guān)系通常在加熱過程和冷卻過程之間不同。
本發(fā)明的發(fā)明者推測金屬區(qū)域的不可逆損耗會由于由金屬區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力遷移而產(chǎn)生的這種差別而變大。用于表示這個差別的指數(shù)稱為“磁滯寬度”。磁滯寬度定義為表示加熱過程的曲線和表示冷卻過程的曲線之間分開的最大寬度。例如，如果參照圖13，過程“a”和過程“b”之間的最大寬度是用于所示材料的磁滯寬度。磁滯寬度越大(即加熱過程和冷卻過程之間的差距越大)，金屬區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力遷移和變形量越大。由于空隙的產(chǎn)生，這種應(yīng)力遷移/變形可以導(dǎo)致斷線等。因而減小器件的可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明發(fā)明者的研究，已經(jīng)確定圖11(b)所示類型的空隙產(chǎn)生在導(dǎo)線表面上的晶粒附近。具體地說，空隙可以容易地在大量晶粒邊界重疊的部分處產(chǎn)生。由此結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力遷移可以容易地在導(dǎo)線表面的邊界部分中產(chǎn)生。具體地說，在導(dǎo)線和連接插頭中應(yīng)力遷移的產(chǎn)生是在導(dǎo)線和連接插頭之間的接口附近存在這種邊界的那些情況的氣穴現(xiàn)象的原因。
基于上述結(jié)論，本發(fā)明的發(fā)明者已經(jīng)實現(xiàn)將本發(fā)明作為控制金屬區(qū)域接口處的應(yīng)力遷移的一種方法。
在下文中將根據(jù)各種特殊實施例并參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1(a)和圖1(b)是示出根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的一個例子的橫截面圖。圖1(a)是本發(fā)明在通過所謂的“雙層鑲嵌”方法形成的銅制多層導(dǎo)線中利用的例子。低層導(dǎo)線由阻擋膜102和含銅金屬膜103制成。將低層導(dǎo)線形成在絕緣膜101內(nèi)。含銀金屬保護(hù)膜108a形成在含銅金屬膜103的表面上。
仍然參照圖1(a)，層間絕緣膜104形成在低層導(dǎo)線上面。頂層導(dǎo)線形成在層間絕緣膜104內(nèi)。頂層導(dǎo)線由阻擋金屬膜106和含銅金屬膜111制成。含銀金屬膜108b也形成在含銅金屬膜111的表面上。當(dāng)從橫截面方向看時，頂層導(dǎo)線呈“T”形，并且T的較低部構(gòu)成導(dǎo)線插頭，同時T的上部構(gòu)成頂層導(dǎo)線。
含銅金屬膜103和111由含質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或大于50％的銅的金屬形成。此外，除了銀之外，含銅金屬膜103和111還可以包含金或鉑，這一點將在下文中詳細(xì)描述。含銅金屬膜103和111還可以包含鉻、鉬等。
應(yīng)注意，在本說明書中術(shù)語“合金”的意思指兩種或多種類型的金屬元素被熔合或結(jié)晶在一起。此外，除了金屬元素以外，含非金屬或半金屬元素的物質(zhì)也被稱為合金。還有，雖然術(shù)語合金包括作為有機(jī)狀態(tài)的化合物元素存在的固溶體或金屬間化合物的情形，但這個術(shù)語還包括上述元素混合的其他情形。也就是說，在本說明書中，成分超過固溶度極限的物質(zhì)也稱為合金。
含銀金屬保護(hù)膜108a和108b僅由銀構(gòu)成，或者由含銀的合金構(gòu)成。在本實施例中，用于以合金形式的含銀金屬保護(hù)膜108a和108b的銀的含量沒有特定下限。例如，銀的質(zhì)量可以大于0.1％。銀的質(zhì)量含量優(yōu)選地等于或大于1％，最好是質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或大于2％。這種布置可以抑制應(yīng)力遷移的產(chǎn)生。
此外，含銀金屬保護(hù)膜108a和108b中的銀的量可以在超出銀的相對于銅的溶解度的范圍內(nèi)。這樣一個容許范圍能夠更加有效地抑制應(yīng)力遷移，即使在制造過程等等中存在變型。這個結(jié)果的原因不是完全清楚，但應(yīng)注意到當(dāng)含銀金屬保護(hù)膜108a和108b經(jīng)歷熱過程時，磁滯影響顯著地減小。
將參照圖15描述銀(Ag)相對于銅(Cu)的固溶度極限。如圖15所示，用于Ag-Cu化合物的二元共晶系統(tǒng)具有為39.9原子％的共晶點Y(銀相對于銅轉(zhuǎn)化的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。圖15還示出了779℃的共晶溫度和Ag相對于Cu的最大溶解度Z(Ag的固溶度極限達(dá)到最大的點)。Ag的這個最大溶解度是原子百分?jǐn)?shù)為4.9％(銀相對于銅轉(zhuǎn)化的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。在圖15中，曲線X表示銀的固溶度極限。在溫度為779℃處，所述曲線到達(dá)最大值Z。
在半導(dǎo)體器件制造過程中的最大加工溫度大約是400℃。在此極限溫度時，Ag相對于Cu的固溶度極限是大約為1原子％(銀相對于銅轉(zhuǎn)化的質(zhì)量百分?jǐn)?shù))。在銅合金的標(biāo)準(zhǔn)原子百分?jǐn)?shù)和標(biāo)準(zhǔn)重量百分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系中，百分?jǐn)?shù)為0.9原子％的銀的量相應(yīng)于質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1.5％。
根據(jù)本實施例，對于銀相對于構(gòu)成含銀金屬保護(hù)膜108a和108b的所有金屬的平均含量沒有特定界限。但從穩(wěn)定地形成這些膜的角度來說，最好具有質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或小于99％的上限，較優(yōu)選的是質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或小于80％，最優(yōu)選的是質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或小于50％。
含銅金屬膜103和111以及含銀金屬保護(hù)膜108a和108b可以由銅和銀的合金構(gòu)成。在一種特殊方法中，相對于構(gòu)成金屬保護(hù)膜108a和108b的所有金屬，銀的含量可以高于相對于構(gòu)成含銅金屬膜103和111的所有金屬的銀的含量。
如下文中通過下面的比較例子1和比較例子2所討論的，可以通過增加銀相對于包含在銅制導(dǎo)線中的金屬的含量而使銅制導(dǎo)線的再結(jié)晶溫度變高。這樣可以增強(qiáng)抵抗應(yīng)力遷移的性能。
還應(yīng)注意到，類似圖1(a)和1(b)這種布置的優(yōu)點在于含銅金屬膜103和111的頂部被含銀金屬保護(hù)膜108a和108b保護(hù)。
此外，應(yīng)注意到，如果銀相對于所有其他金屬的含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)等于或小于0.1％，則當(dāng)銀被加入銅時，能出現(xiàn)電阻基本上沒有增加。這樣，包含進(jìn)銅導(dǎo)線這些量的銀能夠確保導(dǎo)線電阻增加的速率被減小。
仍然參照圖1(a)和1(b)，相對于區(qū)域中所有金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算銀等于或小于0.1％的區(qū)域是含銅金屬膜103和111。此外，銀的含量相對于所有金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算大于0.1％的區(qū)域是含銀金屬保護(hù)膜108a和108b。
優(yōu)選的，用于含銀金屬保護(hù)膜108a和108b的平均膜厚的下限是等于或大于5納米(nm)。在這種結(jié)構(gòu)中，含銅金屬膜103和111的應(yīng)力遷移可以被減小。此外，雖然含銀金屬保護(hù)膜108的厚度沒有特定上限，但是這個厚度等于或小于含銅金屬膜103和含銀金屬保護(hù)膜108a總平均膜厚的60％，并且優(yōu)選地，這個厚度等于或小于這個總平均厚度的20％。類似地，雖然含銀金屬保護(hù)膜108b的厚度沒有特定上限，但是這個厚度等于或小于“T”上部的含銅金屬膜111和含銀金屬保護(hù)膜108b的總平均膜厚的60％，并且優(yōu)選的這個厚度是等于或小于這個總平均厚度的20％。
從增強(qiáng)抵抗應(yīng)力遷移性能的有利角度來說，優(yōu)選地銀相對于導(dǎo)線所有金屬的含量要高一些。但是，從減小導(dǎo)線電阻的有利角度來說，最好銀相對于導(dǎo)線所有金屬的含量要低一些。
在此實施例中，可以通過用含銀金屬保護(hù)膜108a和108b保護(hù)受應(yīng)力遷移影響的導(dǎo)線表面而減小含銅金屬膜103和111的應(yīng)力遷移。此外，可以在不增加連接插頭的接觸電阻的情況下制造具有良好產(chǎn)量的高性能半導(dǎo)體器件。還有，雖然擴(kuò)散進(jìn)金屬中的銀的高濃度會引起殘余應(yīng)力的增加，并且因此降低產(chǎn)量，但這個問題可以根據(jù)類似所示圖1(b)是將本發(fā)明應(yīng)用于通過單層鑲嵌方法形成的多層銅制導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的例子。采用類似圖1(b)的結(jié)構(gòu)，可以獲得應(yīng)力遷移的進(jìn)一步抑制，因為含銅金屬膜被設(shè)置在它們之間的阻擋金屬膜106b分成了兩部分，即連接插頭部分111a和導(dǎo)線部分111b。
由阻擋層膜102和含銅金屬膜103制成的低層導(dǎo)線形成在圖1(b)的絕緣膜101內(nèi)。第一層間絕緣膜104a和第二層間絕緣膜104b形成在絕緣膜101的上面。由含銅金屬膜111a和阻擋膜106a制成的通路(或插頭)形成在第一層間絕緣膜104a內(nèi)。由阻擋金屬膜106b、含銅金屬膜111b和含銀金屬保護(hù)膜108b制成的頂層導(dǎo)線形成在第二層間絕緣膜104b內(nèi)。
在圖1(a)和1(b)的導(dǎo)線例子中，絕緣膜101和層間絕緣膜104、104a和104b由各種材料形成，其包括諸如氫倍半硅氧烷(HSQ)、甲基倍半硅氧烷(MSQ)等之類的聚硅氧烷；諸如聚芳醚(PAE)、二乙烯基硅氧烷二苯并環(huán)丁烷(BCB)，和SiLK(Dow化學(xué)公司的商標(biāo))等之類的含芳香族化合物的有機(jī)材料；以及諸如旋涂式玻璃(SOG)、易流動的氧化物(FOX)、聚對二甲苯基、Cytop(Asahi玻璃公司的商標(biāo))和BCB等之類的低介電常數(shù)材料。應(yīng)理解，在HSQ的情況下，可以使用各種成分，包括所謂的“梯形”(1adder)和/或“籠形”(cage)成分。通過使用這種低介電膜可以抑制串?dāng)_或類似的情況，并且可以增加器件可靠性。
優(yōu)選的，絕緣層101和層間絕緣膜104、104a和104b用具有與構(gòu)成導(dǎo)線的金屬的熱膨脹系數(shù)幾乎相等的熱膨脹系數(shù)的材料構(gòu)成。這樣能夠有效地減小連接插頭和導(dǎo)線的應(yīng)力遷移。從這個有利角度來說，當(dāng)含銅金屬膜用作金屬導(dǎo)線時，最好使用例如HSQ作為層間絕緣膜。
在圖1(a)和圖1(b)的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中，阻擋金屬膜102、106、106a和106b可以包含高熔點金屬，例如鈦(Ti)、鎢(W)、鉭(Ta)等，這些金屬僅是一些例子。優(yōu)選地，阻擋金屬可以包括Ti、氮化鈦(TiN)、W、氮化鎢(WN)、Ta、氮化鉭(TaN)等。具體地說，最好使用鉭阻擋金屬，在該鉭阻擋金屬中，Ta和TaN被以Ta、TaN的順序?qū)訅?。阻擋金屬膜可以通過諸如噴涂、化學(xué)汽相沉積(CVD)等之類的方法形成。阻擋金屬膜的膜厚可以相應(yīng)于使用的金屬、導(dǎo)線結(jié)構(gòu)等適當(dāng)?shù)卦O(shè)置。例如，這個厚度可以被設(shè)置在1-30nm的數(shù)量級。
盡管在圖1(a)和1(b)中沒有示出，一個擴(kuò)散防止膜也被適當(dāng)?shù)匦纬稍诮^緣膜101和層間膜104或104a之間。擴(kuò)散防止膜能夠防止構(gòu)成導(dǎo)線和插頭的金屬擴(kuò)散進(jìn)絕緣膜中。此外，這個膜能夠提供蝕刻防止膜(即蝕刻停止)的作用，該蝕刻防止膜用于在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)形成過程中形成層間連接孔的情況。可能的擴(kuò)散防止膜的例子包括碳化硅(SiC)、碳氮化硅(SiCN)、氮化硅(SiN)、氟氧化硅(SiOF)、氧氮化硅(SiON)等。
下面將參照另外的附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明的各個實施例。
第一實施例包括將本發(fā)明應(yīng)用于根據(jù)雙層鑲嵌方法的銅制導(dǎo)線，將參照圖2(a)至圖3(d)來描述第一實施例。
首先，絕緣層101形成在硅襯底(圖中未示出)上。由阻擋金屬膜102、含銅金屬膜103和含銀金屬保護(hù)膜108a制成的低層導(dǎo)線形成在絕緣膜101內(nèi)。應(yīng)注意到，可以通過類似下述工序的過程形成低層導(dǎo)線。
在絕緣膜101上形成層間絕緣膜104之后，通過多階段干蝕刻部分地形成連接孔。這樣可以形成導(dǎo)線凹槽105，當(dāng)從橫截面方向看時，導(dǎo)線凹槽105呈T形。半導(dǎo)體隨后步驟的情況在圖2(a)中示出。
隨后，在整個襯底表面上形成阻擋金屬膜106(圖2(b))。構(gòu)成阻擋金屬膜106的材料包括高熔點金屬，例如Ti、TiN、W、WN、Ta和TaN。此外，如上所述，這個膜可以是層壓了兩個或多個膜的多層膜。阻擋金屬膜106可以通過諸如噴涂、CVD等之類的方法形成。
隨后，在阻擋金屬膜106上形成籽晶金屬膜107(圖2(c))。籽晶金屬膜107可以充當(dāng)用于在其頂部上形成電鍍的籽晶。含銅金屬可以用作這種籽晶金屬膜107。籽晶金屬膜107通常通過噴涂形成。
隨后，銅電鍍膜110通過電鍍形成在襯底表面上(圖3(a))。在一種方法中，標(biāo)準(zhǔn)電鍍液可以用于這個電鍍步驟。僅作為一個例子，銅電鍍液可以是硫酸銅水溶液。最好電鍍液中不包含氯離子。具體地說，最好是使用已經(jīng)消除了氯離子的標(biāo)準(zhǔn)硫酸銅水溶液、焦磷酸銅電鍍液、乙二胺銅電鍍液或類似溶液。上述溶液可以防止銅電鍍膜110中的氯離子和銀之間的反應(yīng)，以及防止銀在后續(xù)工序中沉淀。這樣可以形成更加穩(wěn)定的含銀金屬保護(hù)膜108b。
隨后，在200℃至450℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行退火。構(gòu)成銅電鍍膜110的銅晶粒的直徑變得比退火前大。這樣可以穩(wěn)定方式減小所述膜的電阻。
在此之后，通過化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)除去銅電鍍膜110在導(dǎo)線凹槽外面的部分，從而形成含銅金屬膜111(圖3(b))。
然后將含銀液體接觸到暴露的表面以在含銅金屬膜111的表面上形成含銀金屬保護(hù)膜108b(圖3(c))。
銀具有比銅更低的沉積電勢，并且比銅更不易起在電化學(xué)反應(yīng)。因此，可以在含銅金屬膜111表面上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，而含銀金屬保護(hù)膜108b可以通過從溶液中沉淀銀而形成。
僅作為一個例子，最好使用硫酸銀水溶液或類似溶液作為含銀溶液。在一個特殊例子中，這種硫酸銀水溶液的濃度可以設(shè)定到按質(zhì)量計算等于或大于每百萬分之(ppm)50，和按質(zhì)量計算小于30％。更具體地說，最好含銀溶液處于飽和或過飽和狀態(tài)。因此可以抑制銅的溶解，并且可以抑制金屬區(qū)域變形或類似情況。
通過接觸含銀溶液，銀可以從含銀溶液中沉淀到含銅金屬膜111上，并且含銀金屬保護(hù)膜108b能夠形成在含銅金屬膜111內(nèi)，作為銅和銀的合金。在這一點上，含銀金屬保護(hù)膜108b中的銀的量最好超過相對于銅的固溶度極限。應(yīng)注意到，如果銀的量超過相對于銅的固溶度極限，銀和銅的金屬間化合物可以形成在含銀金屬保護(hù)膜108b中，這樣可以增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。
以這種方式，根據(jù)上述過程可以獲得含銀金屬保護(hù)膜108b形成在從含銅金屬膜111形成的導(dǎo)線表面上的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
此外，在形成含銀金屬保護(hù)膜108b之后，可以在200℃到450℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行退火。這個退火可以增加銀晶粒在含銀金屬保護(hù)膜108b內(nèi)的尺寸，而這樣可以穩(wěn)定方式減小這種膜的電阻?？梢酝ㄟ^用于相對短時間周期例如5至10分鐘的燈退火(lamp annealing)執(zhí)行退火。從而使銀在含銀金屬保護(hù)膜108b和含銅金屬膜111之間的接口附近的含銅金屬膜111內(nèi)基本上均勻地擴(kuò)散。在這一點上，如果在含銀金屬保護(hù)膜108b內(nèi)包含銀和銅之間的金屬間化合物，則會加強(qiáng)沉淀的發(fā)生。因此，可以有效地增加含銀金屬保護(hù)膜108b的強(qiáng)度。此外，含銀金屬保護(hù)膜108b可以形成在這樣的區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，膜厚等于或小于含銅金屬膜111和含銀金屬保護(hù)膜108b的總膜厚的大約60％。
根據(jù)上述的方法，可以維持因而形成的導(dǎo)線層的總厚度。含銅金屬膜111的上部可以用含銀金屬保護(hù)膜108b置換。因此，可以形成完全滿足導(dǎo)線凹槽尺寸的導(dǎo)線。此外，因為含銀金屬保護(hù)膜108b是通過在含銅金屬膜111表面上用銀置換銅形成，所以含銀金屬保護(hù)膜108b可以被維持在相同水平。另外，如果含銅金屬膜111表面上的銅被銀置換，則置換反應(yīng)自動停止。因此，這個置換反應(yīng)可以被控制從而具有良好的可再現(xiàn)性，并且這個導(dǎo)線結(jié)構(gòu)可以被穩(wěn)定地制造。
依照上述方法，根據(jù)一個相對簡單的過程，由含銅金屬膜例如103或111制成的導(dǎo)線的接口可以被含銀金屬保護(hù)膜108a或108b保護(hù)。此外，如圖3(d)所示，即使在多層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中，可以形成具有高抗應(yīng)力遷移性能的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。也就是說，根據(jù)這個方法，可以增強(qiáng)導(dǎo)線接觸連接插頭的表面的強(qiáng)度。因此，可以防止空隙(與圖11(b)中作為一個特殊例子示出的122b一樣)的產(chǎn)生，并且可以增強(qiáng)導(dǎo)線抗應(yīng)力遷移性能。還有，因為導(dǎo)線上部被含銀保護(hù)膜覆蓋，所以可以抑制整個導(dǎo)線變形，因此可以減小空隙(與圖11(a)中作為一個特殊例子示出的122a一樣)的產(chǎn)生。
現(xiàn)在將描述第二實施例。第二實施例與上述第一實施例的不同之處在于本發(fā)明被應(yīng)用于根據(jù)單層鑲嵌方法的銅制導(dǎo)線。這一點將在下文中參照圖1(b)說明。應(yīng)注意，第二實施例的描述所包括的數(shù)字標(biāo)號與第一實施例的基本相同。因此，在此省略這些特征的說明。
首先，絕緣膜101形成在硅襯底(圖中未示出)上。由阻擋金屬膜102、含銅金屬膜103和含銀金屬保護(hù)膜108a制成的低層導(dǎo)線形成在絕緣膜101內(nèi)。應(yīng)注意，可以通過類似上面所述的方法形成低層導(dǎo)線。
在絕緣膜101上形成第一層間絕緣膜104a之后，通過干蝕刻形成連接孔(圖中未示出)。阻擋金屬膜106a和含銅金屬膜111a形成在襯底的整個表面上。形成在連接孔外部的阻擋金屬膜106a和含銅金屬膜111a可以通過CMP消除。
在第二層間絕緣膜104b形成在第一層間絕緣膜104a上之后，接下來可以通過干蝕刻形成導(dǎo)線凹槽(圖中未示出)。阻擋金屬膜106b和含銅金屬膜111b形成在襯底的整個表面上。在執(zhí)行退火之后，形成在導(dǎo)線凹槽外部的阻擋金屬膜106b和含銅金屬膜111b可以通過CMP消除。
此時，使含銀液體接觸襯底表面，從而在含銅金屬膜111b的表面內(nèi)形成含銀金屬保護(hù)膜108b。通過上述過程可以獲得含銀金屬保護(hù)膜108b形成在含銅金屬膜111b的表面上的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述方法，可以通過相對簡單的過程使用含銀金屬保護(hù)膜108a和108b保護(hù)由含銅金屬膜103和111b制成的導(dǎo)線的接口。因此，可以穩(wěn)定地形成具有高抗應(yīng)力遷移性能的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
也就是說，根據(jù)此方法可以增強(qiáng)導(dǎo)線接觸連接插頭的表面的強(qiáng)度，可以防止空隙(與圖11(b)中作為一個特殊例子示出的122b一樣)的產(chǎn)生，并且可以增強(qiáng)導(dǎo)線的抗應(yīng)力遷移性能。
此外，在本第二實施例中，含銅金屬膜被設(shè)置在它們之間的阻擋金屬膜106b分成兩部分，即連接插頭111a和導(dǎo)線部分111b。這樣可以抑制整個導(dǎo)線變形，因此可以減小空隙(與圖11(a)中作為一個特殊例子示出的122a一樣)的產(chǎn)生。
現(xiàn)在將描述第三實施例。第三實施例與上述第一實施例的不同之處在于含銀金屬保護(hù)膜108a和108b是用含銅和銀的電鍍液形成。下面將參照圖2(a)至2(c)和圖4(a)至4(d)描述根據(jù)此實施例的半導(dǎo)體器件的制造方法。
首先，通過實施第一實施例從圖2(a)到2(c)的工序，籽晶金屬膜107形成在阻擋金屬膜106上。隨后，銅電鍍膜110通過電鍍方法形成在襯底表面上(圖4(a))。用于此步驟的電鍍液類似于在第一實施例模式的銅電鍍膜110的形成中所使用的溶液。接下來，在200℃至450℃的溫度范圍內(nèi)執(zhí)行退火。
隨后，含銀電鍍膜112通過電解電鍍方法使用含銅和銀的電鍍液形成在銅電鍍膜110的頂部上。優(yōu)選地，銀相對于銅的量按質(zhì)量計算等于或大于0.1％，并且按質(zhì)量計算等于或小于80％。
用于形成含銀電鍍膜112的電鍍液最好基本上不包含氯離子。如果電鍍液中存在氯離子，則銀會在電鍍液中大量沉淀。因此，銀會在結(jié)合進(jìn)膜之前從溶液中沉淀出來。這樣很難穩(wěn)定地形成銀和銅的合金膜。
下面是用于形成含銀電鍍膜112的電鍍液的具體例子。
(i)焦磷酸電鍍液含銅和銀的焦磷酸電鍍液可以通過向標(biāo)準(zhǔn)焦磷酸銅電鍍液中添加銀離子獲得?？梢酝ㄟ^例如添加硝酸銀溶液、硫酸銀溶液或類似溶液的方法實現(xiàn)銀的添加。這種電鍍液的具體成分如下，但這僅是一個例子0.01至5摩爾(mol)/升(L)的銅0.01至5mol/L的銀0.01至5mol/L的焦磷酸或焦磷酸鹽，和水(ii)乙二胺電鍍液含銅和銀的乙二胺電鍍液可以通過向標(biāo)準(zhǔn)乙二胺銅電鍍液中添加銀離子獲得?？梢酝ㄟ^例如添加硝酸銀溶液、硫酸銀溶液或類似溶液的方法實現(xiàn)銀的添加。這種電鍍液的具體成分如下，但這僅是一個例子0.01至5摩爾(mol)/升(L)的銅0.01至5mol/L的銀0.01至5mol/L的乙二胺，和水還可以向上述每種電鍍液中添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?。例如，可以添加表面活化劑，該表面活化劑能夠使在電鍍過程中從溶液中沉淀出來的銅晶體的尺寸更加均勻，和/或用于使電鍍膜的厚度均勻。雖然在本發(fā)明中對于所添加的表面活化劑的量沒有特殊限制，但是表面活化劑的量按質(zhì)量計算相對于整個電鍍液應(yīng)在1至1000ppm的總體范圍內(nèi)。
電鍍液中最好根本上不包含氯氣。具體地說，氯氣濃度最好等于或小于0.01毫克(mg)/L。對于氯氣的這個低濃度，能夠有效地防止銀與氯氣反應(yīng)，并且可以防止銀從溶液中沉淀出來。因此，可以穩(wěn)定地形成由銅-銀合金制成的金屬膜。
隨后，在大約200℃至450℃范圍的溫度處執(zhí)行退火。通過這個退火，構(gòu)成含銀電鍍膜112的銀晶粒的尺寸變得比退火前的晶粒尺寸大。因此，電阻被以穩(wěn)定方式降低。可以通過相對短時間周期例如5至10分鐘的燈退火執(zhí)行這個退火。
隨后，通過CMP使襯底的表面變平，從而形成由阻擋金屬膜106、含銅金屬膜111和含銀金屬保護(hù)膜108b制成的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
根據(jù)上述方法，可以通過相對簡單的工序使用含銀金屬保護(hù)膜108a保護(hù)由含銅金屬膜111制成的導(dǎo)線的接口。如圖4(d)所示，在多層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的情況下，具有連接插頭的導(dǎo)線的頂部上的接口也可以用含銀金屬保護(hù)膜108b保護(hù)。因此，可以穩(wěn)定方式形成具有高抗應(yīng)力遷移性能的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)。
應(yīng)理解，雖然通過此實施例示出了根據(jù)雙層鑲嵌方法的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)制造方法，但是類似的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)還可以根據(jù)單層鑲嵌方法制造。在上述結(jié)構(gòu)中，阻擋金屬膜被設(shè)置在連接插頭和根據(jù)單層鑲嵌方法的導(dǎo)線頂部之間，從而使連接插頭和導(dǎo)線被分成了兩部分。因此，可以進(jìn)一步抑制應(yīng)力遷移的產(chǎn)生。
下面示出了用于實施例的實驗結(jié)果。
預(yù)備分別用A1至A5表示的五件試樣，并測量每個試樣的電阻。
試樣A1對于此試樣，導(dǎo)線是根據(jù)類似第一實施例中所示的雙層鑲嵌方法制造的。在含銀金屬保護(hù)膜108b形成之后，通過燈退火執(zhí)行退火大約10分鐘。從而，銀在導(dǎo)線平均膜厚的大約20％的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散。另外，銀在所述區(qū)域中的平均數(shù)量按質(zhì)量計算大約為2％。
試樣A2對于此試樣，導(dǎo)線是根據(jù)類似第二實施例中所示的單層鑲嵌方法制造的。在含銀金屬保護(hù)膜108b形成之后，通過燈退火執(zhí)行退火大約10分鐘。從而，銀在導(dǎo)線平均膜厚的大約20％的區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散。另外，銀在所述區(qū)域中的平均數(shù)量按質(zhì)量計算大約為2％。
試樣A3對于此試樣，導(dǎo)線是根據(jù)類似第一實施例中所示的雙層鑲嵌方法制造。在含銀金屬保護(hù)膜108b形成之后，通過燈退火執(zhí)行退火大約30分鐘。從而，銀在整個導(dǎo)線中擴(kuò)散。另外，銀在導(dǎo)線中的平均數(shù)量按質(zhì)量計算大約為0.4％。
試樣A4對于此試樣，導(dǎo)線是根據(jù)類似第一實施例中所示的雙層鑲嵌方法制造。但是，在此試樣中，沒有形成含銀金屬保護(hù)膜108b。
試樣A5對于此試樣，導(dǎo)線是根據(jù)雙層鑲嵌方法通過電鍍方法制造。電鍍方法使用含銀和銅但基本上不含氯離子的電鍍液。銀在導(dǎo)線中的數(shù)量按質(zhì)量計算大約為2％。
每個試樣導(dǎo)線的尺寸設(shè)置為0.13微米(μm)寬，40毫米(mm)長。用于上述試樣的電阻測量結(jié)果顯示在表1中。導(dǎo)線的成分是通過次級離子質(zhì)譜法(SIMS)測量的。
表1

對于試樣A1和A2，在導(dǎo)線頂部中的銀量按質(zhì)量計算為2％。對于試樣A3，在整個導(dǎo)線中的銀的量按質(zhì)量計算為0.4％。因此，對于試樣A1至A3，在整個導(dǎo)線中的銀量基本上相等。此外，試樣A5中的銀量按質(zhì)量計算為2％。
可以看到，與完全由銅制成的試樣A4比較，試樣A1和A2的電阻有微小增加。但是，與銀在整個導(dǎo)線中擴(kuò)散的試樣A5比較，試樣A1和A2的電阻降低。此外，盡管試樣A1、A2和A3都是通過置換電鍍方法形成，但試樣A3的退火時間相對較長。因此，總的來說，試樣A3的電阻值變得較大，因為銀擴(kuò)散在整個銅膜中。
還進(jìn)行了電路電阻(chain resistance)實驗。
圖5中所示的兩層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)是通過類似于試樣A1和A3至A5以及第一實施例中所示的方法制造。然后執(zhí)行產(chǎn)量分析。此兩層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)接電路(via chain)。在此轉(zhuǎn)接電路中，10000個第一導(dǎo)線22a平行形成，而10000個第二導(dǎo)線22b垂直于第一導(dǎo)線22a平行形成。第一和第二導(dǎo)線(22a和22b)之間的連接通過20000個連接插頭28實現(xiàn)。應(yīng)理解，圖5中省略了襯底、層間絕緣膜等等。
通過在轉(zhuǎn)接電路的兩端施加預(yù)定電壓測量貫穿10000個第一導(dǎo)線22a、10000個第二導(dǎo)線22b和20000個連接插頭28的電阻。此電阻稱為電路(chain)電阻。電路電阻測量是有效識別轉(zhuǎn)接連接狀態(tài)的質(zhì)量的方法。通過將導(dǎo)線結(jié)構(gòu)設(shè)置在具有預(yù)定溫度的環(huán)境中并測量電路電阻來適當(dāng)?shù)毓烙嬁箲?yīng)力遷移的性能。用于電路電阻試樣A1和A3至A5的初始合格率(yield)顯示在表2中。當(dāng)試樣被形成作為晶片上的多個芯片時，初始合格率指的是試樣的比例，該試樣具有等于或小于一個定值的電阻值。用于試樣A1和A3至A5的初始合格率結(jié)果顯示在表2中。用于試樣A4的初始合格率被設(shè)置為100％。
表2

如上所示，當(dāng)與銀遍及整個導(dǎo)線擴(kuò)散的試樣A3和A5比較時，僅在導(dǎo)線頂部中形成含銀保護(hù)膜的試樣A1的合格率具有良好的初始合格率。此外，甚至與僅由銅構(gòu)成的試樣A4的初始合格率比較，可以看到試樣A1的合格率幾乎沒有損失。因此可以相信，實驗結(jié)果顯示出對于含銀保護(hù)膜形成在導(dǎo)線頂部中的情況，殘余應(yīng)力的增加可以被保持在最小。
此外，將試樣A1和試樣A3至A5暴露于150℃的溫度中保持500小時。然后重新獲得轉(zhuǎn)接電路合格率實驗讀數(shù)。
表3

計算試樣的電阻值作為用于每個試樣的相對值，同時將轉(zhuǎn)接電路電阻的初值作為100％。在表中示出了電阻值的范圍，而這些示出的電阻范圍是通過預(yù)備試樣并估計這些試樣來獲得的。值越高，抗應(yīng)力遷移性能就越高。
如表3中所示，對于試樣A1和A5，獲得了類似的合格率。這說明導(dǎo)線頂部中的銀的成分比對抗應(yīng)力遷移很有效。此外，從試樣A1和A3的結(jié)果可以看出，如果導(dǎo)線頂部中的銀的成分比小，則合格率降低，即使包含在整個導(dǎo)線中的銀的量足夠均勻。
從上面的結(jié)果可以證明通過利用含銀金屬保護(hù)膜保護(hù)由銅構(gòu)成的導(dǎo)線的表面可以有效地抑制應(yīng)力遷移。如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可以將由于形成合金而引起的電阻和殘余應(yīng)力的增加保持到最小，并且可以增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。
下面示出了比較例子1。
通過比較例子可以驗證相對于構(gòu)成導(dǎo)線的所有金屬的銀的含量比和抗應(yīng)力性能之間的關(guān)系。圖5中所示的兩層導(dǎo)線結(jié)構(gòu)是根據(jù)各個實施例制造的。然后執(zhí)行合格率實驗。
用于這個比較例子的試樣是通過雙層鑲嵌方法制造。上述試樣在制成之后被暴露在150℃的溫度下保持500小時。然后執(zhí)行轉(zhuǎn)接電路合格率實驗。此例子中的試樣B1與上述例子中的試樣A4相同。此外，試樣B3與上述例子中的試樣A5相同。
表4

表4示出了試樣B1至B3的電阻值，作為試樣B1的設(shè)置為100％的初值的相對值。電阻值的范圍示出在表中，并且電阻值的范圍表示通過測試若干上述試樣獲得的電阻范圍。合格率值越高，抗應(yīng)力遷移性能越高。
從這個第二比較例子的結(jié)果可以證明通過增加相對于由銀銅合金制成的導(dǎo)線的銀的含量比可以有效地增強(qiáng)抗應(yīng)力遷移性能。具體地說，通過增加相對于構(gòu)成導(dǎo)線的所有其他金屬的銀的數(shù)量可以實現(xiàn)這個有利特征。此外，所述結(jié)果還顯示對于相對于構(gòu)成導(dǎo)線的所有金屬的銀的含量比按質(zhì)量計算大于1％的情況，應(yīng)力遷移能夠被有效地抑制，其中1％為銀相對于銅的固溶度極限。
下面示出了比較例子2。
在比較例子2中，測量銅膜和銅-銀合金膜的磁滯特性和再結(jié)晶溫度。
用于此例子的試樣按如下方法制造。首先，通過等離子體CVD，將500nm厚的氧化硅膜形成在硅襯底上，將50nm厚的Ta膜形成在氧化硅膜上。接下來，由銅制成的電鍍籽晶膜通過噴涂形成在Ta膜上，其厚度為100至200nm。之后，利用預(yù)定的電鍍液來形成厚度為大約600至700nm的銅膜或銅銀合金膜。表5中示出了銅和銅銀合金膜的成分。應(yīng)注意，“電鍍液1”包含氯離子，而“電鍍液2”不包含氯。
使按如上所述方法制造的試樣經(jīng)歷25℃至400℃的熱循環(huán)。用于熱循環(huán)的加熱過程的溫度增加速率設(shè)置為10℃/分鐘，并且用于熱循環(huán)的冷卻過程的溫度降低速率設(shè)置為大約10℃/分鐘。熱循環(huán)運行兩次，并且在進(jìn)行第二熱循環(huán)時估計磁滯特性。
如果考慮構(gòu)成電鍍膜的粒子在第一熱循環(huán)期間發(fā)生的增長，而且考慮估計電鍍膜相對于實際使用條件和制造期間的熱過程的穩(wěn)定性是重要的，則在第二熱循環(huán)之后估計磁滯適合用于確定所述膜的磁滯特性。
還應(yīng)注意，在此第二比較例子中，在進(jìn)行第二熱循環(huán)時測量再結(jié)晶溫度。
在表征磁滯時，可以使用這樣的方法，即通過測量襯底的曲率計算電鍍膜的內(nèi)應(yīng)力?？梢酝ㄟ^測量照射到襯底表面上的激光的反射角來計算襯底曲率。從測量的磁滯特性(進(jìn)行第二熱循環(huán)時的溫度應(yīng)力曲線)獲得磁滯寬度和再結(jié)晶溫度。
結(jié)果顯示在表5中。此外，用于各個試樣的磁滯曲線顯示在圖6至圖10中。用于試樣C1的結(jié)果對應(yīng)于圖6。用于試樣C2的結(jié)果對應(yīng)于圖9。用于試樣C4的結(jié)果對應(yīng)于圖7。用于試樣C5的結(jié)果對應(yīng)于圖8。用于試樣C6的結(jié)果對應(yīng)于圖10。
表5

從上面的結(jié)果可以理解，如果銀相對于構(gòu)成導(dǎo)線的所有金屬的數(shù)量按質(zhì)量計算大于1％，則再結(jié)晶溫度可以變高，并且磁滯寬度可以被充分地減小。磁滯中這種類型的改善可以被認(rèn)為是比較例子1中的試樣C3的特性為什么良好的原因。
如上所述，半導(dǎo)體器件具有良好的可靠性，同時根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體器件可以提供高抗應(yīng)力遷移性能等。這是因為導(dǎo)線結(jié)構(gòu)金屬區(qū)域的表面等可以被在溫度應(yīng)力曲線中具有高再結(jié)晶溫度的金屬和/或具有窄磁滯寬度的金屬保護(hù)。此外，公開了用于穩(wěn)定地制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的過程。
雖然在此已經(jīng)詳細(xì)地描述了各個具體的實施例，但是還可以在不背離本發(fā)明精神和范圍的情況下，對本發(fā)明進(jìn)行各種改變、替代和變更。因此，本發(fā)明僅由附屬的權(quán)利要求書所限定的內(nèi)容限制。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括一個半導(dǎo)體襯底，和一個金屬區(qū)域，其形成在以銅作為主要成分的半導(dǎo)體襯底上，其中所述金屬區(qū)域包括形成在所述金屬區(qū)域頂部附近的不同元素部分，以及所述不同元素部分包括除了銅以外的至少一種金屬元素。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素至少之一比銅不易起電化學(xué)作用。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素至少之一是銀。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括一個連接插頭，其與所述不同元素部分的上表面接觸形成。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素至少之一相對于構(gòu)成所述不同元素部分的所有金屬的數(shù)量比超過了所述不同金屬元素至少之一在銅中的固溶度極限。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素至少之一從下面的組中選擇鈹、鎂、鋅、鈀、銀、鎘、金、汞、鉑、硅、鋯、鋁和鈦。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括一個半導(dǎo)體襯底；一個第一金屬區(qū)域，其形成在所述半導(dǎo)體襯底上；和一個第二金屬區(qū)域，其覆蓋所述第一金屬區(qū)域上表面的至少一部分，并且由從下面組中選擇的金屬構(gòu)成，該組包括其再結(jié)晶溫度比構(gòu)成所述第一金屬區(qū)域的金屬的再結(jié)晶溫度高的金屬，以及其應(yīng)力-溫度磁滯寬度比構(gòu)成所述第一金屬區(qū)域的金屬的應(yīng)力-溫度磁滯寬度窄的金屬。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括一個連接插頭，其通過所述第二金屬區(qū)域電連接到所述第一金屬區(qū)域。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二金屬區(qū)域包含一種比構(gòu)成所述第一金屬區(qū)域的金屬更不易起電化學(xué)作用的金屬。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二金屬區(qū)域的再結(jié)晶溫度大于或等于200℃。
11.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二金屬區(qū)域的應(yīng)力-溫度磁滯寬度等于或小于150兆帕斯卡。
12.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬區(qū)域包含一種主要成分金屬元素；和所述第二金屬區(qū)域是所述第一金屬區(qū)域和所述主要成分金屬元素以外的其他金屬元素的合金。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬區(qū)域進(jìn)一步包括不同金屬元素，它相對于所述第一金屬區(qū)域主要成分元素的數(shù)量是第一數(shù)量比；所述第二金屬區(qū)域包括不同金屬元素，它相對于所述第二金屬區(qū)域主要成分元素的數(shù)量是第二數(shù)量比；和對于所述不同金屬元素，所述第一數(shù)量比小于所述第二數(shù)量比。
14.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述不同金屬元素是銀。
15.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中所述主要成分金屬元素是銅。
16.一種半導(dǎo)體器件，包括一個半導(dǎo)體襯底；一個第一金屬區(qū)域，其形成在所述半導(dǎo)體襯底上，所述半導(dǎo)體襯底包含一種含銅的金屬；和一個第二金屬區(qū)域，其覆蓋所述第一金屬區(qū)域上表面的至少一部分，并且是由所述第一金屬區(qū)域的金屬以外的金屬構(gòu)成的，且該第二金屬區(qū)域包含銅和銀的合金。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬區(qū)域由含銅和銀的合金的金屬構(gòu)成的，銀相對于所述第一金屬區(qū)域的其他元素的數(shù)量是第一比率；所述第二金屬區(qū)域中的銀相對于所述第一金屬區(qū)域的所有其他元素的數(shù)量是第二比率；和相對于銀的量的所述第一比率小于所述第二比率。
18.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括一個連接插頭，其通過所述第二金屬區(qū)域電連接到所述第一金屬區(qū)域。
19.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一金屬區(qū)域和第二金屬區(qū)域共同形成從包括導(dǎo)線、插頭和焊點的組中選擇的結(jié)構(gòu)。
20.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括下列步驟在包含主要成分金屬元素的半導(dǎo)體襯底上形成金屬膜；沉積不同于所述主要成分金屬元素的不同金屬元素以覆蓋所述金屬膜上表面的至少一部分；和將所述不同金屬元素擴(kuò)散進(jìn)所述金屬膜的上部中。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中沉積不同金屬元素的步驟包括使一種包含不同金屬元素的溶液接觸金屬膜，和該不同金屬元素比所述主要成分金屬元素更不易起電化學(xué)作用。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中將不同金屬元素擴(kuò)散進(jìn)金屬膜上部中的步驟包括熱處理所述金屬膜。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述沉積不同金屬元素的步驟包括通過置換電鍍方法來沉積。
24.如權(quán)利要求20所述的方法，其中一種主要成分金屬元素是銅；以及所述不同金屬元素是銀。
全文摘要
一種具有金屬區(qū)域的半導(dǎo)體器件，具有抗應(yīng)力遷移性能和增強(qiáng)的可靠性。由阻擋金屬膜(102)和含銅金屬膜(103)制成的低層導(dǎo)線形成在絕緣膜(101)內(nèi)。層間絕緣膜(104或104a和104b)形成在低層導(dǎo)線上。由阻擋金屬膜(106或106a和106b)和含銅金屬膜(111或111a和111b)制成的頂層導(dǎo)線形成在層間絕緣膜(104或104a和104b)內(nèi)。含銀金屬保護(hù)膜(108a和108b)形成在低層導(dǎo)線和頂層導(dǎo)線的表面上。
文檔編號H01L21/768GK1476086SQ03145349
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月4日
發(fā)明者上野和良 申請人:恩益禧電子股份有限公司